[實(shí)用新型]一種基于空間搜索技術(shù)的異構(gòu)容錯(cuò)電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201220358795.X
• 申請(qǐng)日: 2012-07-20
• 公開（公告）號(hào): CN202677396U
• 公開（公告）日: 2013-01-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王巍;王寧;徐飛;李瑩;張美杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津工大瑞工光電技術(shù)有限公司
• 主分類號(hào): G06F17/50
• 分類號(hào): G06F17/50
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及集成電路容錯(cuò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體涉及一種基于FPGA的異構(gòu)容錯(cuò)電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)。

技術(shù)背景

隨著大規(guī)模集成電路在各個(gè)領(lǐng)域中的廣泛使用，F(xiàn)PGA(現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列)器件已經(jīng)越來越多地被應(yīng)用到航天、軍工領(lǐng)域當(dāng)中，成為信號(hào)處理和控制的關(guān)鍵部件。但是由于受到太空高能粒子輻射以及其他惡略環(huán)境的影響，星載電子器件的可靠性問題已經(jīng)逐漸凸顯且亟待解決和優(yōu)化，如何解決這一問題已成為各國(guó)空間科技團(tuán)隊(duì)競(jìng)相關(guān)注和研究的一個(gè)方向。

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)于集成電路容錯(cuò)系統(tǒng)的研究十分活躍。典型的容錯(cuò)設(shè)計(jì)系統(tǒng)有硬件冗余容錯(cuò)技術(shù)和檢錯(cuò)糾錯(cuò)碼容錯(cuò)技術(shù)，前者主要是使用三模冗余技術(shù)，對(duì)受保護(hù)電路進(jìn)行硬件冗余加固，以達(dá)到掩蔽故障的目的，但其缺點(diǎn)是，使用冗余加固大大增加了系統(tǒng)資源的占用量，甚至?xí)斐珊艽蟮钠腺Y源浪費(fèi)；后者一般是使用漢明碼或是R-S碼進(jìn)行存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)的檢測(cè)，其缺點(diǎn)是使用范圍有限，僅能用于對(duì)存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)的保護(hù)，且糾錯(cuò)位數(shù)也有限，因此不能進(jìn)行大規(guī)模的容錯(cuò)設(shè)計(jì)使用。

隨著可重構(gòu)技術(shù)的發(fā)展，又出現(xiàn)了基于局部動(dòng)態(tài)可重構(gòu)技術(shù)的故障修復(fù)技術(shù)，對(duì)受保護(hù)電路的功能模塊進(jìn)行局部可重構(gòu)設(shè)計(jì)，在受保護(hù)電路出現(xiàn)故障后，只需要通過加載局部比特流文件就可以完成故障部分的修復(fù)，雖然局部動(dòng)態(tài)可重構(gòu)技術(shù)在資源占用率以及修復(fù)的可靠性上都已較之硬件冗余和檢錯(cuò)糾錯(cuò)碼技術(shù)有了很大的改善，但是此技術(shù)只能進(jìn)行粗粒度的故障修復(fù)，即受保護(hù)電路的基本單元發(fā)生故障后，都要對(duì)整個(gè)受保護(hù)電路模塊做重新配置，這樣也存在很大的片上冗余，形成較大的資源浪費(fèi)。胚胎電子容錯(cuò)技術(shù)又是一種新的動(dòng)態(tài)自修復(fù)容錯(cuò)方法，其通過將一個(gè)受保護(hù)電路劃分成若干個(gè)工作細(xì)胞和空閑細(xì)胞，當(dāng)有某個(gè)工作細(xì)胞發(fā)生故障時(shí)用周圍的空閑細(xì)胞對(duì)其進(jìn)行替換，使電路能繼續(xù)正常工作，此容錯(cuò)技術(shù)具有自檢測(cè)、自修復(fù)的功能，而且屬于細(xì)粒度的容錯(cuò)機(jī)制，但是其實(shí)現(xiàn)過程復(fù)雜，自修復(fù)的周期較長(zhǎng)，這在一定程度上影響了其在工業(yè)及航天科技領(lǐng)域的應(yīng)用。

因此設(shè)計(jì)一套具有較高可靠性且又對(duì)系統(tǒng)片上資源占用率不高的容錯(cuò)系統(tǒng)具有較強(qiáng)的實(shí)用性，而基于空間搜索技術(shù)的異構(gòu)容錯(cuò)電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用將異構(gòu)等效電路轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的矩陣模型的方式，在檢測(cè)到電路故障后，只需搜索到不含故障單元的異構(gòu)等效電路即可，然后對(duì)功能電路再進(jìn)行重配置，這樣即節(jié)省了大量的片上資源，又能實(shí)時(shí)的進(jìn)行故障電路的動(dòng)態(tài)自修復(fù)。

實(shí)用新型內(nèi)容

為了解決大規(guī)模集成電路及FPGA設(shè)計(jì)系統(tǒng)的可靠性問題，以及出現(xiàn)在一般容錯(cuò)系統(tǒng)中的片上資源占用率過高、容錯(cuò)可靠性偏低等情況，本實(shí)用新型提供了一種異構(gòu)容錯(cuò)電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過空間搜索技術(shù)和建立異構(gòu)等效電路數(shù)據(jù)庫(kù)的方式建立一個(gè)故障自檢測(cè)和故障修復(fù)模型，再使用動(dòng)態(tài)重構(gòu)技術(shù)進(jìn)行故障單元的在線自修復(fù)，以達(dá)到系統(tǒng)容錯(cuò)的目的。

本實(shí)用新型的技術(shù)方案是：一種基于空間搜索技術(shù)的異構(gòu)容錯(cuò)電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)，它包括故障檢測(cè)部分、空間搜索部分、異構(gòu)電路數(shù)據(jù)庫(kù)部分和可重構(gòu)修復(fù)電路部分。所述故障檢測(cè)部分包括故障檢測(cè)模塊、故障定位模塊和故障信息存儲(chǔ)器，故障檢測(cè)部分與功能電路直接相連，用于實(shí)時(shí)檢測(cè)功能電路是否出現(xiàn)故障，故障檢測(cè)模塊的信號(hào)輸入端連接于功能電路，故障檢測(cè)模塊的信號(hào)輸出端連接故障定位模塊，故障定位模塊的信號(hào)輸出端連接故障信息存儲(chǔ)器，且同時(shí)故障定位模塊的搜索啟動(dòng)輸出信號(hào)連接異構(gòu)等效電路搜索模塊，故障信息存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)輸出端口連接異構(gòu)等效電路搜索模塊；所述空間搜索部分包括異構(gòu)等效電路搜索模塊和數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)讀出控制器，異構(gòu)等效電路搜索模塊的搜索信號(hào)輸出端口連接異構(gòu)等效電路數(shù)據(jù)庫(kù)，且同時(shí)異構(gòu)等效電路搜索模塊的搜索結(jié)果輸出信號(hào)端口連接數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)讀出控制器，數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)讀出控制器的數(shù)據(jù)控制輸出信號(hào)端口連接異構(gòu)等效電路數(shù)據(jù)庫(kù)；所述異構(gòu)電路數(shù)據(jù)庫(kù)部分包括異構(gòu)等效電路數(shù)據(jù)庫(kù)和搜索結(jié)果存儲(chǔ)器，異構(gòu)等效電路數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)輸出端口連接搜索結(jié)果存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)輸入端口，搜索結(jié)果存儲(chǔ)器的信號(hào)輸出端口連接異構(gòu)等效電路映射模塊；所述可重構(gòu)修復(fù)電路部分包括配置控制器和異構(gòu)等效電路映射模塊，配置控制器的讀出搜索結(jié)果數(shù)據(jù)啟動(dòng)信號(hào)端口連接搜索結(jié)果存儲(chǔ)器，且同時(shí)配置控制器的重配置啟動(dòng)信號(hào)端口連接異構(gòu)等效電路映射模塊。

故障檢測(cè)模塊包括控制處理器、鎖存器、受控對(duì)象和數(shù)據(jù)比較器，故障檢測(cè)模塊主要負(fù)責(zé)對(duì)受保護(hù)電路進(jìn)行實(shí)時(shí)的故障檢測(cè)，若檢測(cè)到受保護(hù)電路有故障發(fā)生，則向故障定位模塊發(fā)送故障信號(hào)；

故障定位模塊包括控制器、故障搜索模塊、故障單元標(biāo)識(shí)模塊和故障坐標(biāo)信息緩存器，故障定位模塊主要負(fù)責(zé)在接收到故障檢測(cè)模塊發(fā)出的故障信號(hào)后便進(jìn)行故障單元的精確定位；